機械工程 112 年熱工學考古題

㈠一簡單蒸汽動力廠如下圖所示，此動力廠是否可運轉？其循環效率為 何？（10 分） ㈡如擬以提高鍋爐操作壓力提升㈠之動力廠熱效率，可能產生之影響為 何？如何改善？試以T-s 圖說明之。（10 分） 給予數據：水0.7 MPa, Tsat=164.96℃, hf=697.2 kJ/kg, hg=2763.5 kJ/kg。 水15 kPa, Tsat=53.97℃, hf=225.91 kJ/kg, hg=2599.06 kJ/kg。

某冷媒以質量流率0.06 kg/s 進出絕熱離心式壓縮機之狀態分別為壓力 0.4 MPa、溫度0℃及壓力1 MPa、溫度90℃。假設冷媒蒸氣可視為理想 氣體，其等壓比熱為一定值（1.1 kJ/kg·K）及比熱比（Specific heat ratio） 為1.3。環境溫度為25℃。試求壓縮機：（每小題10 分，共20 分） ㈠可用能增量。 ㈡可用能消滅量（exergy destruction）。

一穩態操作之電腦晶片輸入之電功為2 kJ，並自晶片表面將發熱量散至溫 度為25℃之空氣。晶片表面溫度50℃，請問： ㈠晶片本身之熵產生量（entropy generation）為何？（8 分） ㈡晶片外之熵產生量為何？（8 分） ㈢此散熱過程是否滿足熵增原理（Increase of entropy principle）？（4 分）

㈠一渦輪螺旋槳發動機以理想的布雷登循環（Brayton cycle）運轉，提供 壓縮機及螺旋槳所需動力。循環之最低溫度及最低壓分別為300 K 及 100 kPa，噴嘴出口溫度為750 K，壓縮機之壓力比為14：1，渦輪機之 出口溫度為900 K，試求螺旋槳所需之功及噴嘴出口速度。（10 分） ㈡如果飛機之飛行速度為200 m/s，推進效率為何？（5 分） ㈢在T-s 圖表示此循環。（5 分） 給予數據：空氣等壓比熱1.005 kJ/kg·K，比熱比1.4，氣體常數0.287 kJ/kg·K。

㈠有一房間空氣相對濕度為40%，溫度為20℃，乾空氣質量為50 kg。將 此房間內之濕度提高至100%，溫度維持20℃，請問需加多少水蒸汽？ （10 分） ㈡以水蒸汽之T-s 圖表示此過程。（5 分） ㈢將此加濕過程表示於濕度表（psychrometric chart）。（5 分） 給予數據：大氣壓力為101.325 kPa，水20℃飽和壓力為2.339 kPa。